第八章金属及合金中得扩散

1、第八章 金属及合金中得扩散(习题解答)1. 设纯铁试棒自一端渗碳,经95010小时渗碳后,表面碳浓度达1.0%.已知950时碳在-Fe中D=1.610-5cm2/s.试分别求出距端面0,0.5,1.0,1.5,2.0mm处的碳浓度,并作出分布曲线.解:根据公式 x=0时 C=1% t=103600=3.6104s x=0时 x=0.5时 exf(0.6588) =0.6480 C=0.332%x=1.5时 exf(0.9882) =0.8350 C=0.165%x=0.5时 exf(1.3176) =0.9376 C=0.0624%2. 结合图8-9试证明f.c.c和b.c.c结构中的间隙扩散

2、系数D与间隙原子跳动频率的关系分别为: 式中a为点阵常数,若知-Fe中碳原子在920时=1.7109/s,20时=2.110-9/s试求温度对D的影响. 解:对于f.c.c 对于b.c.c 温度对D的影响是很大的.3. 若A,B两元素原子半径相近,且可形成简单立方结构的固溶体,其点阵常数a=0.3nm.已知室温下A原子跳入空位的频率为10-8/s,在固溶体微区0.012cm范围内测得A元素的浓度为0.15%0.63%(原子),试求每秒钟通过1cm2截面的A原子数.解:根据 4. 已知Zn在Cu中扩散时Do=2.110-5m2/s,Q=171103J/mol.1) 试求815时,Zn在Cu中的扩

3、散系数;2) 当Zn在Cu基固溶体中存在不均匀分布的偏析降至0.1%Zn所需的时间;若退火前先进行变形加工,是否有助于加速均匀化过程,为什么? 解:若L=310-5m 则 L =30 t=0.6991(310-5)21013/1.3=0.6999103/1.3=4840s=1.344小时退火前进行变形加工,使L减小,可以加速均匀化过程,因加工后晶粒变细,晶界面积增多,假设Zn原子的扩散.5. 根据表8-2所列数据,试分别求出927时奥氏体中铁的自扩散系数DFe和碳的扩散系数Dc.若已知1%Cr可使碳化奥氏体中的扩散激活能增加为Q=343102cal/mol,试求其扩散系数Dc的变化和对比分析以

4、上计算结果.解: 碳的扩散系数降了30倍,表面第三元素的加入阻止溶质原子的扩散.6. 若将纯铁棒置于一端渗碳的介质中,其表面碳浓度达到相应温度下奥氏体的平衡浓度Cs.1) 结合Fe-C相图试分别绘出930和800经不同保温时间(t1t2t3)碳浓度沿试样纵向的分布曲线.2) 若渗碳温度低于727,试分析能否达到渗碳的目的.解:由相可以看出: 930时,碳在-Fe中最大溶解度为1.35% 800时, 碳在-Fe中最大溶解度为0.95%,而且经过一个双相区,双相区中化学位相同,因而此处发生浓度突变,图如下: 若温度低于727,达不到渗碳的目的,因于-Fe中最高的溶碳量仅为0.0218%.长时间后,

5、表面可能成为易脆的Cm层.7. 低碳钢进行870渗碳较930渗碳具有晶粒细小的优点,则1) 试计算以上两种温度下碳而-Fe中的扩散系数.2) 试计算870渗碳多少时间可达到930渗碳10小时的渗层厚度.3) 若渗层厚度测至含碳量0.4%处,计算870渗碳层厚度及其与930同样时间渗层厚度的比值.解:1) 870 930 2) 3) 渗层厚度比值为0.69.8. 若钢的表面同时进行C-N共渗,试分别说明在927和570温度下两种原子的扩散情况.答: 在927时,见书中图6-22,两种原子都能进行较快的扩散,因为N原子比碳原子小,N原子扩散开始快些,但由于N原子要与Fe反应,为反应扩散,由于反应扩散控制比较慢.因而N的扩散比较慢,以